利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

引言
　　
當(dāng)今信息化的一個(gè)重要方面就是因特網(wǎng)(Internet)和移動(dòng)通信(mobile communication)的迅猛發(fā)展。它使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發(fā)生了巨大的變化，同時(shí)也刺激人們對(duì)電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求日益增長(zhǎng)。智能家庭網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展給信息社會(huì)注入了新的生氣和活力，而藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)的日趨成熟無(wú)疑給這個(gè)新的浪潮起到了推波助瀾的作用。
　　
家庭網(wǎng)絡(luò)是指在家庭和社會(huì)的信息網(wǎng)絡(luò)相連之前，將家庭內(nèi)部所有的信息設(shè)備連接起來(lái)而形成的網(wǎng)絡(luò)。顯然，連接家庭網(wǎng)絡(luò)最理想的技術(shù)是無(wú)線通信技術(shù)，它用微波取代了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜。目前，關(guān)于該技術(shù)有不少產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)，如Butterfly, Diamond, Proxim, Shavewave等公司的產(chǎn)品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF兩種技術(shù)。Bluetooth的優(yōu)勢(shì)在于全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，具有互操作性，以及能非常方便地實(shí)現(xiàn)快速、靈活、安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信，因此Bluetooth技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的發(fā)展?jié)摿薮蟆?
　　
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
藍(lán)牙的載波選用在全球公用的2.4GHz工科醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，并采用跳頻擴(kuò)譜技術(shù)（FHSS）。跳頻速率為1600次/s，以2.45GHz為中心頻率最多可得到79個(gè)1MHz帶寬的信道。藍(lán)牙設(shè)備采用的是GFSK調(diào)制技術(shù)，其傳輸速率為1Mb/s，實(shí)際有效速率最高可達(dá)721Kb/s，傳輸距離為10m。語(yǔ)音傳輸采用連續(xù)可變斜率調(diào)制編碼（CVSD）技術(shù)，通信協(xié)議則采用時(shí)分多址（TDMA）協(xié)議。遵循Bluetooth協(xié)議的各類數(shù)據(jù)和語(yǔ)音設(shè)備都能夠以無(wú)線方式接入到公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中（如Internet, Intranet）。
　　　 　
藍(lán)牙系統(tǒng)以點(diǎn)到點(diǎn)PPP（Point-to-Point Protocol）連接為基礎(chǔ)，用無(wú)線方式將若干藍(lán)牙設(shè)備連接成1個(gè)微圖1主從設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖微網(wǎng)（Piconet）。每個(gè)Piconet的藍(lán)牙裝置組成為1個(gè)主設(shè)備（Master）和若干個(gè)從設(shè)備（Slave），主設(shè)備負(fù)責(zé)通信協(xié)議的運(yùn)作。MAC地址用3位來(lái)表示，即在1個(gè)微微網(wǎng)內(nèi)可尋址８?jìng)€(gè)設(shè)備（互聯(lián)的設(shè)備數(shù)量實(shí)際是沒(méi)有限制的，只不過(guò)在同一時(shí)刻只能激活８?jìng)€(gè)，其中１個(gè)為主，７個(gè)為從）。圖1給出了1個(gè)微微網(wǎng)中主從設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。此外，藍(lán)牙系統(tǒng)還支持點(diǎn)到多點(diǎn)的通信構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，即1個(gè)主設(shè)備可以是其他Piconet的從設(shè)備，每個(gè)從設(shè)備也可以是其他Piconet的主設(shè)備。
　　　

1 硬件組成
　　　 　
圖2從設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)圖3主設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中的硬件主要包括：天線單元、2.45GHz功率放大模塊、Bluetooth 模塊、語(yǔ)音編譯碼器、嵌入式微處理器系統(tǒng)、接口電路以及一些輔助電路。此外，主設(shè)備還包括以太網(wǎng)接口和嵌入式Modem部分。圖2、圖3給出了系統(tǒng)的主、從設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的天線屬于微帶天線，因此天線部分可以做得體積小、質(zhì)量輕?？罩薪涌诮⒃谔炀€電平為0dBm的基礎(chǔ)上，遵循FCC(美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì))有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。由于Bluetooth采用跳頻擴(kuò)譜技術(shù)，所以天線要求是寬帶天線：起始頻率為2.402GHz；終止頻率為2.480GHz。為了反抗多路徑干擾，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成是多樣化天線。系統(tǒng)的功率放大器工作在全球都可以使用的24GHz ISM頻帶上,功放的帶寬為2400~24835MHz。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信距離為10m（0dB）。假如發(fā)射功率增加到20dB（100mw），會(huì)使距離達(dá)到100m。主設(shè)備的微處理器系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，它是系統(tǒng)中要害技術(shù)難點(diǎn)。從某種角度上說(shuō)，主設(shè)備起了智能網(wǎng)關(guān)的作用。它是整個(gè)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，要完成家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，以及同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)從設(shè)備的治理和控制。考慮到為普通家庭用戶所能接受，微處理器采用非PC的廉價(jià)設(shè)備，主、從設(shè)備處理器都采用嵌入式Internet技術(shù)和高性能微處理器。Bluetooth模塊主要完成基帶部分協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及將數(shù)字語(yǔ)音處理電路送來(lái)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流和微處理器送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，然后經(jīng)編碼、調(diào)制后送給功率放大器放大再無(wú)線發(fā)出。該模塊主要包括兩大單元。
　　　


圖2 從設(shè)備到硬件結(jié)構(gòu)
　　　

圖3 主設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)